Le collezioni sono costituite da migliaia di reperti mineralogici, geologici e paleontologici provenienti non solo dalla Sardegna, ma anche da altre parti della terra. Gran parte di questi sono presenti negli armadi situati nei corridoi del Dipartimento di Scienze della Terra, mentre numerosi altri sono custoditi nelle cassettiere, in attesa di essere trasferiti in idonee vetrine.
 
Il materiale conservato è prevalentemente sardo. Nella collezione "Leonardo De Prunner" sono presenti minerali come le argentiti e l'argento nativo del Sarrabus, le cerussiti, le anglesiti e le fosgeniti, provenienti da Montevecchio, Monteponi e Villaputzu. Il Museo custodisce una collezione di rocce sarde di Alberto Della Marmora e gli splendidi atlanti a corredo dell'opera "Voyage en Sardaigne" sempre del Della Marmora. Di notevole interesse è anche la raccolta di diamanti e di pepite di platino donate nel 1866 da G. Mendel.